CN103958976A - 用于提高hvac系统的能效的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于提高采暖、通风和空调(HVAC)系统的能效的方法，该方法由建筑物区域的区域控制器执行。该方法包括以通风模式操作。监视该区域的温度和建筑物的外部空气状况。基于该区域的温度的第一设定点和建筑物的外部空气状况确定是否从通风模式切换到经济模式。该第一设定点是基于温度的第二设定点确定的，且第二设定点与第一设定点不同。基于第二设定点确定是否激活该HVAC系统。

Description

用于提高HVAC系统的能效的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及建筑物系统，更具体地，涉及一种用于提高采暖、通风和空调(HVAC)系统的能效的方法和系统。
背景技术
建筑物自动化系统包括各种有助于监视和控制建筑物操作的各个方面的系统。建筑物自动化系统包括安全系统、消防系统、照明系统和HVAC系统。建筑物自动化系统中的元件在整个设施中广泛分布。例如，HVAC系统可以包括温度传感器、通风气闸控制器以及其他元件，这些元件几乎遍布设施的每个区域。这些建筑物自动化系统通常具有一个或多个集中控制站，从中可以监视系统数据，并且可以控制和/或监视系统操作的各个方面。
为了允许监视和控制所分布的控制系统元件，建筑物自动化系统通常会采用多级通信网络，以在操作元件(例如传感器和致动器)与集中控制站之间传达操作和/或警报信息。建筑物自动化系统的一个示例为可从位于伊利诺伊州布法罗格罗夫的西门子工业有限公司建筑物技术分部(“西门子”)获得的站点控制控制器。在该系统中，经由以太网或其他类型的网络连接的若干个控制站可以遍布在一个或多个建筑物位置，其中每个控制站都具有监视和控制系统操作的能力。
保持商业建筑物中的室内空气质量需要根据建筑规范和工业标准来提供大量的外部(新鲜)空气。大部分零售站点具有被静态设置以为最大占用率提供服务的HVAC系统。由于建筑物很少会被完全占用，所以HVAC系统需要浪费能量对这些过量的外部空气进行制热、制冷并除湿。在许多应用中，不管制热或制冷的需求或者占用率如何，HVAC风机都被编程为以24/7的方式运行，这进一步浪费了能量。
发明内容
本发明的公开内容描述了一种用于提高采暖、通风和空调(HVAC)系统的能效的方法和系统。
根据本发明的一个实施方式，通过建筑物区域的区域控制器执行一种方法以提高HVAC系统的能效。该方法包括以通风模式操作。监视该区域的温度和建筑物的外部空气状况。基于该区域的温度的第一设定点和外部空气状况确定是否从通风模式切换到经济模式。该第一设定点是基于温度的第二设定点确定的，且所述第二设定点与第一设定点不同。基于第二设定点确定是否激活HVAC系统。
根据本发明的另一个实施方式，一种用于建筑物区域的区域控制器包括存储器和处理器。存储器被配置成存储子系统应用程序。处理器耦接至存储器。基于该子系统应用程序，处理器被配置成以通风模式和经济模式之一进行操作。处理器还被配置成监视该区域的温度和建筑物的外部空气状况。处理器还被配置成基于该区域的温度的第一设定点和外部空气状况从通风模式切换到经济模式。该第一设定点是基于温度的第二设定点确定的，且所述第二设定点与第一设定点不同。处理器还被配置成基于第二设定点激活HVAC系统。
根据本发明的又一个实施方式，提供了一种非暂态计算机可读介质。该计算机可读介质被编码有可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使用于建筑物区域的区域控制器中的一个或多个数据处理系统执行以下操作：以通风模式和经济模式之一进行操作；监视该区域的温度和建筑物的外部空气状况；基于该区域的温度的第一设定点和外部空气状况确定是否从通风模式切换到经济模式；以及基于温度的第二设定点来激活HVAC系统。该第一设定点是基于第二设定点确定的，且第一设定点与第二设定点不同。
根据以下附图、说明和所附权利要求，其他的技术特征对于本领域技术人员而言将会是明显的。
在进行下面详细描述之前，对贯穿本专利文件所使用的某些词或短语的定义进行阐述将会是有利的：术语“包括(include)”和“包含(comprise)”及其派生词意思是包含但不限于；术语“或”是包括性的，意思是和/或；短语“与…相关联(associated with)”和“与其相关联(associated therewith)及其派生词意思可以是包括、包括在…内、与…互联、包含、包含在…内、连接至或与…连接、耦接至或与…耦接、与…可通信、与…协作、交错、并列、接近、接合至或与…接合、具有或具有…的属性等；以及术语“控制器”意思是控制至少一个操作的任何装置、系统或其部分，不论这样的装置是以硬件、固件、软件还是以至少两种前述方式的一些组合来实现。应当注意的是，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，不论是本地的还是远程的。对某些词和短语提供的定义贯穿该专利文件，并且本领域的普通技术人员应当理解的是这样的定义在许多(如果不是大多数的话)情况下适用于所定义的词和短语的先前和未来的使用。尽管一些术语可以包括多种实施方式，但所附权利要求可以将这些术语明确限定到特定的实施方式。
附图说明
为了更加全面地理解本发明的公开内容及其优点，现在参照结合附图做出以下说明，其中相同的附图标记指代相同的对象，并且在附图中：
图1示出了根据本发明的一种可以提高采暖、通风和空调(HVAC)系统的能效的建筑物自动化系统的框图；
图2示出了根据本发明的图1的现场面板中之一的细节；
图3示出了根据本发明的图1的现场控制器中之一的细节；
图4示出了根据本发明的一种能够提高HVAC系统的能效的建筑物自动化系统(例如图1的系统)中的一部分；以及
图5示出了根据本发明的一种用于提高HVAC系统的能效的方法的流程图。
具体实施方式
在本专利文件中，下面讨论的图1至图5以及用于描述本发明公开内容的原理的各种实施方式仅作为示例，且不应理解为以任何方式限制本发明公开内容的范围。本领域技术人员应当理解的是，本发明公开内容的原理可以以任何适当设置的装置或系统来实现。
需求控制通风(DCV)系统基于占用率来改变供应到商业建筑物内的外部空气量。较旧的采暖、通风和空调(HVAC)系统需要昂贵的气闸改造或者全部单元替换以支持传统的DCV。近年来，已经开发了智能DCV(IDCV)，以允许新的HVAC系统和旧的HVAC系统二者都基于实际占用率实时地调节外部空气的量，以提高潮湿气候情况下的空气质量并消除风机能量的浪费。这种IDCV提供了显著的HVAC年度能量节约。另外，安装IDCV的成本比改造或单元替换低得多。
ANSI/ASHRAE62.1-2004提供了对由政府机构广泛采用的DCV的源需求。在没有实际占用率测量的情况下，仅在外部空气混合被预设为针对100％占用率时才能确保遵循标准。在零售空间未被占用的情况下，例如在营业时间之后，对外部空气的需求为0％。因此，能量管理系统使所有的RTU风机在未占用的时间内处于自动(AUTO)模式下，以使得仅在需要制热或制冷的情况下才运行风机。然而，在占用的时间期间，现有的DCV方案可以通过测量每个屋顶单元(RTU)处的二氧化碳(CO2)或其他污染物水平来提供对占用率的测量。这允许配备有节约装置(或附加电动气闸)的RTU在由于污染物水平低而不需要外部空气的情况下关闭它们的外部气闸，从而与基于100％占用率操作的系统相比产生了显著的年度能量节约。
然而，传统的DCV系统存在若干个操作限制，例如：仅对于配备有节约装置或附加电动气闸的较新RTU可用；失效的气闸可能会被忽视几个月；在占用时间期间不停运转的风机造成的低效率；以及较高的RTU维护成本。尽管仍然基于输入的污染物水平来执行DCV，但IDCV的选择解决了这些限制，同时获得额外的成本节约并降低了操作风险。利用IDCV，可以在全局范围内监视污染物水平，并且向建筑物中的RTU(包括未置有节约装置或电动的外部空气气闸的较旧的单元)应用精密的控制算法。对于无节约装置的RTU，风机在自动(AUTO)模式与接通(ON)模式之间切换，以控制污染物水平符合ASHRAE标准。以协调的形式控制RTU风机以降低高峰负载，同时仍使商店里的空气循环，以确保顾客和员工的舒适度。因此，IDCV相比于传统的DCV提供了许多改进。然而，为了便于实施传统的DCV或者IDCV，对于能效的任何额外的提高可能会带来显著的成本节约。
图1示出了一种根据本发明公开的内容可以提高HVAC系统的能效的建筑物自动化系统100的框图。建筑物自动化系统100是一个环境控制系统，被配置成控制建筑物内多个环境参数(例如温度、湿度和/或照明等)中的至少一个。例如，对于特定的实施方式，建筑物自动化系统100可以包括允许设置和/或改变系统的各种控制的站点控制控制器建筑物自动化系统。尽管以下提供了对建筑物自动化系统100的简要描述，但应当理解的是，本文所描述的建筑物自动化系统100仅为建筑物自动化系统的一个特定形式或配置的示例，并且在不背离本发明公开内容的范围的情况下，系统100可以以任何其他合适的方式实现。
对于所示出的实施方式，建筑物自动化系统100包括站点控制器102、报告服务器104、多个客户站106a至106c、多个现场面板108a至108b、多个现场控制器110a至110e和多个现场装置112a至112d。尽管示出了三个客户站106、两个现场面板108、五个现场控制器110和四个现场装置112，但应当理解的是，基于特定建筑物的特定配置，系统100可以包括任何适当数目的部件106、108、110和112中的任何部件。
站点控制器102可以包括计算机或通用处理器，其被配置成提供对建筑物自动化系统100的全面控制和监视。站点控制器102可以作为数据服务器来操作，该数据服务器能够与系统100中的各个元件交换数据。同样地，站点控制器102可以允许各种应用程序来访问系统数据，所述应用程序可以在站点控制器102或其他监控计算机(图1中未示出)上执行。
例如，站点控制器102能够经由管理级网络(MLN)120与其他监控计算机、因特网网关或去往其他外部装置的其他网关以及另外的网络管理器(其继而可以经由另外的低级数据网络连接至更多子系统)通信。站点控制器102可以使用MLN120与MLN120上的其他元件(例如报告服务器104和一个或多个客户站106)交换系统数据。报告服务器104可以被配置成生成关于系统100的各个方面的报告。每个客户站106可以被配置成与系统100通信，以便以任何合适的方式从系统100接收信息和/或向系统100提供修改。MLN120可以包括以太网或类似的有线网络，并且可以采用TCP/IP、BACnet和/或支持高速数据通信的其他协议。
站点控制器102还可以被配置成接受来自用户的修改和/或其他输入。这可以通过站点控制器102的用户接口或者可被配置成通过任何合适的网络或连接与站点控制器102通信的任何其他用户接口来实现。用户接口可以包括键盘、触摸屏、鼠标或其他接口部件。除其他方面之外，站点控制器102还被配置成影响或改变现场面板108和系统100的其他部件的操作数据。站点控制器102可以使用建筑物级网络(BLN)122来与BLN122上的其他元件(例如现场面板108)交换系统数据。
每个现场面板108都可以包括通用处理器，并且被配置成使用来自站点控制器102的数据和/或指令提供对其一个或多个对应的现场控制器110的控制。尽管通常使用站点控制器102对建筑物自动化系统100的各个部件中的一个或多个部件进行修改，但现场面板108也能够提供对系统100的一个或多个参数的某些修改。每个现场面板108都可以使用现场级网络(FLN)124与FLN124上的其他元件(例如耦接至现场面板108的现场控制器110的子集)交换系统数据。
每个现场控制器110都可以包括通用处理器，并且可以与多个本地的、标准的建筑物自动化子系统(例如建筑物空间温度控制子系统或照明控制子系统等)中的一个相对应。对于特定的实施方式，现场控制器110可以包括可从西门子获得的模型TEC(终端设备控制器)。然而，应当理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，现场控制器110可以包括任何其他合适类型的控制器。
为了执行对它的相应子系统的控制，每个现场控制器110都可以耦接至一个或多个现场装置112。每个现场控制器110被配置成使用来自它的相应现场面板108的数据和/或指令以提供对它的一个或多个相应现场装置112的控制。对于某些实施方式，现场控制器110中的一些可以基于所感测的状况和所期望的设定点状况来控制它们的子系统。对于这些实施方式，这些现场控制器110可以被配置成控制一个或多个现场装置112的操作，以试图使所感测的状况达到所期望的设定点状况。要注意的是，在系统100中，来自现场装置112的信息可以在现场控制器110、现场面板108、站点控制器102和/或系统100上的或连接至系统100的任何其他元件之间共享。
为了便于在子系统之间共享信息，成组的子系统可以被组织成FLN124。例如，与现场控制器110a和110b相对应的子系统可以耦接至现场面板108a以形成FLN124a。每个FLN124可以包括可采用任何合适的专用协议或开放协议的低级数据网络。
每个现场装置112可以被配置成测量、监视和/或控制建筑物自动化系统100的各个参数。现场装置112的示例包括灯、自动调温器、温度传感器、风机、气闸致动器、加热器、冷冻箱、警告器、HVAC装置和许多其他类型的现场装置。现场装置112能够从建筑物自动化系统100的现场控制器110、现场面板108和/或站点控制器102接收控制信号和/或向其发送信号。因此，建筑物自动化系统100能够通过控制并监视现场装置112来控制建筑物操作的各个方面。
如图1所示，任一现场面板108例如现场面板108a可以直接耦接至一个或多个现场装置112例如现场装置112c和112d。对于这种类型的实施方式，现场面板108a可以被配置成提供对现场装置112c和112d的直接控制，而不是经由现场控制器110a或110b之一进行控制。因此，对于这个实施方式，现场控制器110的用于一个或多个特定子系统的功能可以由现场面板108提供，而不需要现场控制器110。
图2示出了根据本发明公开内容的现场面板108中之一的细节。对于这个特定的实施方式，现场面板108包括处理器202、存储器204、输入/输出(I/O)模块206、通信模块208、用户接口210和电力模块212。存储器204包括能够存储数据如指令220和数据库222的任何合适的数据存储器。应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，现场面板108可以以任何其他适当的方式实现。
处理器202被配置成操作现场面板108。因而，处理器202可以耦接至现场面板108的其他部件204、206、208、210和212。处理器202可以被配置成执行存储在存储器204的指令220中的程序指令或编程软件或固件，例如建筑物自动化系统(BAS)应用软件230。除了存储指令220之外，存储器204还可以将系统100使用的其他数据如各种记录和配置文件、图形视图和/或其他信息存储在数据库222中。
处理器202对BAS应用程序230的执行可能会导致控制信号被发送到任何现场装置112，该现场装置112可以经由现场面板108的I/O模块206耦接至现场面板108。对BAS应用程序230的执行还可能会导致处理器202从耦接至现场面板108的现场装置112接收状态信号和/或其他数据信号，并将相关联的数据存储到存储器204中。在一个实施方式中，BAS应用程序230可以由能够从西门子工业有限公司商业获得的站点控制控制器软件提供。然而，应当理解的是，BAS应用程序230可以包括任何其他合适的BAS控制软件。
I/O模块206可以包括被配置成与现场装置112直接通信的一个或多个输入/输出电路。因此，对于一些实施方式，I/O模块206包括用于接收模拟信号的模拟输入电路和用于提供模拟信号的模拟输出电路。
通信模块208被配置成提供与站点控制器102、其他现场面板108以及BLN122上的其他部件的通信。通信模块208还被配置成提供到现场控制器110的和与现场面板108相关联的FLN124上的其他部件的通信。因此，通信模块208可以包括可耦接至BLN122的第一端口和可耦接至FLN124的第二端口。每个端口可以包括RS-485标准端口电路或其他合适的端口电路。
现场面板108能够经由交互式用户接口210被本地访问。用户可以通过用户接口210控制来自现场装置112的数据采集。现场面板108的用户接口210可以包括显示数据和接收输入数据的装置。这些装置可以永久地固定至现场面板108，或者为便携式且可移动的。对于某些实施方式，用户接口210可以包括LCD型屏幕等和小键盘。用户接口210可以被配置成更改并示出关于现场面板108的信息，例如状态信息和/或与现场面板108的操作、功能和/或对现场面板108的修改有关的其他数据。
电力模块212可以被配置成向现场面板108的部件提供电力。电力模块212可以以标准120伏特交流电、其他AC电压或由一个或多个电池提供的DC电力操作。
图3示出了根据本发明公开内容的现场控制器110中之一的细节。对于这个特定的实施方式，现场控制器110包括处理器302、存储器304、输入/输出(I/O)模块306、通信模块308和电力模块312。对于一些实施方式，现场控制器110还可以包括被配置成更改和/或示出与现场控制器110有关的信息的用户接口(未在图3中示出)。存储器304包括能够存储数据如指令320和数据库322的任何合适的数据存储器。应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，现场控制器110可以以任何其他合适的方式实现。对于一些实施方式，现场控制器110可以被定位在可以用现场控制器110来控制与子系统相关联的温度或其他环境参数的建筑物房间中，或者与其相接近。
处理器302被配置成操作现场控制器110。因此，处理器302可以耦接至现场控制器110的其他部件304、306、308和312。处理器302可以被配置成执行存储在存储器304的指令320中的程序指令或编程软件或固件，例如子系统应用软件330。对于特定的示例，子系统应用程序330可以包括温度控制应用程序，该温度控制应用程序被配置成控制并处理来自温度控制子系统的全部部件(例如温度传感器、气闸致动器、风机和各种其他现场装置)的数据。除了存储指令320之外，存储器304还可以将子系统使用的其他数据如各种配置文件和/或其他信息存储在数据库322中。
处理器302对子系统应用程序330的执行可能会导致控制信号被发送到任何现场装置112，所述现场装置112可以经由现场控制器110的I/O模块306耦接至现场控制器110。对子系统应用程序330的执行还可能会导致处理器302从耦接至现场控制器110的现场装置112接收状态信号和/或其他数据信号，并将相关联的数据存储在存储器304中。
I/O模块306可以包括被配置成与现场装置112直接通信的一个或多个输入/输出电路。因此，对于一些实施方式，I/O模块306包括用于接收模拟信号的模拟输入电路和用于提供模拟信号的模拟输出电路。
通信模块308被配置成提供与对应于现场控制器110的现场面板108的通信以及与FLN124上的其他部件(例如其他现场控制器110)的通信。因此，通信模块308可以包括可以耦接至FLN124的端口。该端口可以包括RS-485标准端口电路或其他合适的端口电路。
电力模块312可以被配置成向现场控制器110的部件提供电力。电力模块312可以以标准120伏特交流电、其他AC电压或由一个或多个电池提供的DC电力操作。
图4示出了一种根据本发明的公开内容能够提高HVAC系统的能效的建筑物自动化系统400的至少一部分。对于图4中示出的特定实施方式，系统400包括现场面板408、三个区域控制器410a至410c和五个现场装置412a至412e。然而，应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，系统400可以包括任何适当数目的这些部件。
所示出的系统400可以与图1中的系统100相对应；然而，应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，系统400可以以任何合适的方式和/或配置实现。因此，例如，现场面板408可以与现场面板108相对应，区域控制器410中的每一个可以与现场控制器110相对应，并且部件412a至412e中的每一个可以与上述结合图1至图3所描述的现场装置112相对应。另外，这些部件可以经由现场级网络(FLN)424通信，该FLN424可以与图1中的系统100的FLN124相对应。
对于一些实施方式，实现HVAC系统的建筑物或其他区域可以包括单个区域。对于这些实施方式，系统400可以包括单个区域控制器410，例如区域控制器410a。然而，对于其他的实施方式，例如在相对大型的建筑物中，该建筑物可以包括两个或更多区域。例如，在零售商店中，公共区域可以包括一个区域，而后面存储区域可以包括另一个区域。对于所示出的示例，系统400包括三个这样的区域，其中每个区域具有对应的区域控制器410a至410c。
图4的实施方式包括五个现场装置412a至412e。如下面所描述的，这些现场装置412包括外部空气状况(OAC)传感器412a、温度传感器412b、室内空气质量(IAQ)传感器412c、HVAC系统412d和通风装置控制器412e。尽管所示出的实施方式仅示出了耦接至温度传感器412b、IAQ传感器412c、HVAC系统412d和通风装置控制器412e的区域控制器410a，但应当理解的是，区域控制器410b和410c中的每一个也可以耦接至用于它的关联区域的类似现场装置412b至412e。
对于一些实施方式，现场面板408可以耦接至OAC传感器412a。OAC传感器412a被配置成感测与建筑物外的空气相关联的参数，例如温度和/或湿度等。OAC传感器412a还配置成基于外部的空气状况生成OAC信号并将该OAC信号发送至现场面板408。对于其他的实施方式，OAC传感器412a可以耦接至区域控制器410中的一个或系统400的其他部件如站点控制器，并且可以被配置成向该其他部件发送OAC信号。对于一些实施方式，例如提供传统需求控制通风的那些实施方式，OAC传感器412a可以耦接至区域控制器410a，并且系统400可以不具有FLN424。对于这些实施方式，区域控制器410可以独立于其他区域控制器410，并且不能与其他区域控制器410进行通信。
温度传感器412b被配置成感测与区域控制器410a相关联的区域的温度，并将所感测的温度报告给区域控制器410a。IAQ传感器412c被配置成感测区域中的CO2和/或其他污染物的水平，并将所感测的污染物水平报告给区域控制器410a。对于一些实施方式，IAQ传感器412c可以被配置成感测整个建筑物内的污染物的水平。对于这些实施方式，系统400可以包括耦接至单个区域控制器410a、现场面板408或其他合适的部件的单个IAQ传感器412c，而不是耦接至每个区域控制器410a至410c的IAQ传感器412c。HVAC系统412d可以包括屋顶HVAC单元、空气处理器单元或能够向建筑物提供制热、通风和制冷功能的任何其他合适类型的单元。另外，应当理解的是，系统400可以包括各种类型的HVAC系统的任意组合。例如，HVAC系统412d可以包括屋顶HVAC单元，同时区域控制器410b可以耦接至空气处理器单元，并且区域控制器410c可以耦接至另一类型的HVAC系统。
通风装置控制器412e耦接至一个或多个通风装置414，并且被配置成控制通风装置414的操作。对于提供传统需求控制通风的一些实施方式，通风装置414可以包括在HVAC系统412d上的气闸，并且通风装置控制器412e可以包括被配置成打开和关闭气闸的气闸致动器。对于这些实施方式，如下面更加详细地描述的那样，气闸致动器可以基于来自区域控制器410a的通风信号来打开或关闭气闸。
对于提供智能需求控制通风的其他实施方式，通风装置414可以包括多个风机，所述多个风机能够使空气移动通过与区域控制器410a相关联的建筑物的区域，并且通风装置控制器412e可以包括被配置成打开和关闭风机的风机控制器。对于这些实施方式，如下面更加详细地描述的那样，风机控制器可以基于来自区域控制器410a的通风信号来打开或关闭风机中的一个或多个。对于其他的实施方式，区域控制器410a可以直接耦接至通风装置414，并且可以省略通风装置控制器412e。对于这些实施方式，区域控制器410a可以被配置成直接向风机提供通风信号以打开和关闭风机。对于提供智能需求控制通风的其他实施方式，如下面更加详细地描述的那样，通风装置414可以既包括HVAC系统412d上的气闸又包括多个风扇。
区域控制器410a可以安装在HVAC系统412d所位于的房间中或其附近，可以安装在后台，或者可以安装在建筑物中的任何其他合适的位置。OAC传感器412a可以安装在建筑物的外部。温度传感器412b可以安装在与区域控制器410a相关联的区域中。IAQ传感器412c可以安装在与区域控制器410a相关联的区域中，或者对于建筑物内仅实施单个IAQ传感器的实施方式，IAQ传感器412c可以安装在建筑物中的中心位置处。HVAC系统412d可以安装在建筑物的屋顶上、邻近于建筑物或者在任何其他合适的位置。通风装置控制器412e可以安装在与区域控制器410a相关联的区域中和/或接近于通风装置414。应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，系统400的部件中的每一个都可以位于任何合适的位置。
区域控制器410a被配置成基于来自温度传感器412b的温度信号监视其区域的温度，并且基于来自IAQ传感器412c的IAQ信号监视该区域的污染物水平。区域控制器410a还被配置成基于温度信号激活或去激活HVAC系统412d以提供制热或制冷。区域控制器410a还被配置成基于温度传感器412b提供的温度信号和OAC传感器412a提供的OAC信号将该区域在通风模式与经济模式之间切换，对于一些实施方式，这可以通过现场面板408来提供。
当以通风模式操作时，区域控制器410a被配置成基于IAQ信号直接地或者通过通风装置控制器412e间接地控制通风装置414，以允许外部空气进入建筑物或者阻止外部空气进入建筑物。另外，在通风模式下，区域控制器410a被配置成监视温度以确定是否激活或去激活HVAC系统412d，并且监视温度和外部的空气状况以确定是否切换成经济模式。
对于提供传统需求控制通风的一些实施方式，区域控制器410a被配置成通过如下方式控制外部空气进入建筑物：向包括气闸致动器的通风装置控制器412e发送通风信号，以使通风装置控制器412e打开或关闭包括HVAC系统412d上的气闸的通风装置414。
对于提供智能需求控制通风的一些实施方式，区域控制器410a可以被配置成通过如下方式来控制外部空气进入建筑物：向包括风机控制器的通风装置控制器412e发送通风信号，以使通风装置控制器412e打开或关闭包括风机的通风装置414的至少一个子集。对于其他的实施方式，区域控制器410a可以被配置成通过如下方式来控制外部空气进入建筑物：直接向包括风机的通风装置414发送通风信号以打开或关闭风机的至少一个子集。当在通风模式下时，区域控制器410a可以被配置成基于污染物水平增加的斜率来确定要打开或关闭的风机的数目。另外，当不是所有风机都要打开时，可以基于循环算法来选择其中要打开风机的一个或多个区域，以使建筑物的任何一个区域中的浑浊空气最小化。
对于提供智能需求控制通风的其他实施方式，通风装置414既包括气闸又包括多个风机，并且区域控制器410a可以被配置成通过发送打开或关闭气闸和/或打开或关闭风机的至少一个子集的通风信号来控制外部空气进入建筑物。因此，对于这些实施方式，区域控制器410a被配置成控制气闸和风机二者以控制进入建筑物的外部空气的量。用于这些实施方式的区域控制器410a可以基于以上所讨论的准则来打开或关闭气闸，并同时打开或关闭任何适当数目的风机。
当以经济模式操作时，区域控制器410a被配置成基于温度和外部空气状况直接地或通过通风装置控制器412e间接地控制通风装置414，以允许外部空气进入建筑物。因此，经济模式允许系统400利用通过比室内空气冷的外部空气获得的“自然制冷”或通过比室内空气热的外部空气获得的“自然制热”。如以上所描述的，区域控制器410a可以通过发送促使气闸打开和/或风机打开的通风信号来使得外部空气进入建筑物。对于提供智能需求控制通风的一些实施方式，在经济模式下，可以打开所有的风机。另外，在经济模式下，区域控制器410a被配置成监视温度以确定是否切换成通风模式。
为了确定何时从通风模式切换到经济模式，区域控制器410a被配置成基于第一设定点来监视温度，该第一设定点与用于确定何时由HVAC系统412d激活制热或制冷的第二设定点不同。当外部的空气状况为有利的且温度达到第一设定点时，区域控制器410a被配置成切换到经济模式。当外部的空气状况为不利的且温度达到第一设定点时，区域控制器410a被配置成停留在通风模式并基于第二设定点来监视温度。当温度达到第二设定点时，区域控制器410a被配置成激活HVAC系统412d。
对于以下描述，假设系统400被设置为制冷；然而，应当理解的是，系统400可以以类似的方式操作制热。第一设定点可以为动态可配置的设定点，其可以基于第二设定点的值来确定。对于一些实施方式，第一设定点可以比第二设定点小预定量。例如，第一设定点可以比第二设定点小0.2°。对于特定的示例，针对第二(制冷)设定点为72°的情况，第一(经济)设定点可以为71.8°。
对于其他的实施方式，第一设定点可以基于系统400的任何合适的参数来确定。例如，对于HVAC系统412d包括固定气闸屋顶HVAC单元的特定实施方式，第一设定点可以基于由HVAC系统412d允许进入建筑物的外部空气的百分比来确定。一些固定气闸屋顶HVAC单元可以允许10％的外部空气进入、20％的外部空气进入、30％的外部空气进入或任何其他适当百分比的外部空气进入。因此，对于HVAC系统412d允许30％的外部空气进入的这些类型的系统400而言，与HVAC系统412d允许10％的外部空气进入的系统400相比，第一设定点可以更加接近于第二设定点。应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，第一设定点可以基于其他适当的参数或者以任何其他适当的方式确定。
图5示出了一种根据本发明公开的内容用于提高HVAC系统的能效的方法500的流程图，其中该方法可以由如本文所公开的一个或多个数据处理系统来执行。下面描述的特定的实施方式参照图4的系统400。然而，应当理解的是，在不背离本发明公开内容的范围的情况下，方法500可以由能够提供需求控制通风的任何合适的建筑物系统来执行。
方法500以区域控制器410a在通风模式下操作(步骤502)开始。在通风模式下，区域控制器410a基于从IAQ传感器412c接收的信号监视污染物水平，并且如果污染物水平上升得过高，则区域控制器410a允许外部空气进入建筑物以降低污染物水平。如以上所描述的，区域控制器410a直接向通风装置414或者通过通风装置控制器412e间接地向通风装置414发送通风信号，以允许外部空气进入建筑物。对于传统需求控制通风，区域控制器410a向气闸致动器发送打开气闸以允许外部空气进入建筑物的通风信号。对于智能需求控制通风，区域控制器410a向一个或多个风机(或者控制风机的风机控制器)发送通风信号以打开风机，从而将外部空气吸入建筑物。对于智能需求控制通风，区域控制器410a还可以向气闸致动器发送通风信号以打开气闸，从而允许外部空气进入建筑物。一旦污染物水平下降到可接受的水平，区域控制器410a就发送关闭气闸和/或关闭风机的通风信号，以阻止外部空气进入建筑物。
当以通风模式操作时，区域控制器410a基于第一设定点监视由温度传感器412b提供的温度(步骤504)。如上述结合图4详细描述的那样，第一设定点是基于用于激活HVAC系统412d的第二设定点而确定的。应当理解的是，系统400基于小范围的温度对设定点中的每一个做出反应。例如，如果用于激活HVAC系统412d的制冷的设定点为72°，则系统400在比72°稍高的温度(例如73°)时激活制冷，并且持续制冷直到温度达到稍低的温度(例如71.7°)为止。另外，系统400可以对比经济模式设定点稍高和稍低的温度做出反应。
因此，如果温度未达到第一设定点的第一阈值(步骤506)，则区域控制器410a继续以通风模式操作(步骤502)，并且继续监视温度(步骤504)。对于一些实施方式，第一阈值可以对应于与第一设定点相同的温度。如果温度达到第一设定点的第一阈值(步骤506)，则区域控制器410a确定由OAC温度传感器412a在OAC信号中提供的外部空气状况是否对自然制冷有利(步骤508)。
如果外部空气状况对自然制冷不利(步骤508)，则区域控制器410a基于第二设定点监视由温度传感器412b提供的温度(步骤510)。如果温度未达到第二设定点的第一阈值(步骤512)，则只要外部空气状况仍然保持在不利的状态，区域控制器410a就在基于第二设定点继续监视温度(步骤510)的同时，确定外部空气状况是否已经变得对自然制冷有利(步骤508)。如果温度达到第二设定点的第一阈值(步骤512)，则区域控制器410a通过向HVAC系统412d发送激活信号来激活由HVAC系统412d进行的温度调节(步骤514)。
随后，区域控制器410a基于第二设定点继续监视温度(步骤516)。当温度未达到第二设定点的第二阈值时(步骤518)，HVAC系统412d继续提供温度调节如制冷，并且区域控制器410a继续监视温度(步骤516)。当温度达到第二设定点的第二阈值时(步骤518)，区域控制器410a通过向HVAC系统412d发送去激活信号来去激活由HVAC系统412d进行的温度调节，在此之后，区域控制器410a继续以通风模式操作(步骤502)，并且返回到基于第一设定点监视温度的步骤(步骤504)。
当温度达到第一设定点的第一阈值时，如果外部的空气状况对自然制冷有利(步骤508)，则区域控制器410a切换成以经济模式操作(步骤522)。在经济模式下，区域控制器410a直接向通风装置414或者通过通风装置控制器412e间接向通风装置414发送通风信号，以允许外部空气进入建筑物。对于传统需求控制通风，区域控制器410a向气闸致动器发送打开气闸以允许外部空气进入建筑物的通风信号。对于智能需求控制通风，区域控制器410a向一个或多个风机(或者控制风机的风机控制器)发送通风信号以打开风机，从而将外部空气吸入建筑物中。对于智能需求控制通风，区域控制器410a还可以向气闸致动器发送通风信号以打开气闸，从而允许更多的外部空气进入建筑物。
区域控制器410a基于第一设定点监视由温度传感器412b提供的温度(步骤524)。如果温度未达到第一设定点的第二阈值(步骤526)，则区域控制器410a继续监视外部的空气状况以确保它们保持有利(步骤528)。如果外部空气状况保持有利(步骤528)，则区域控制器410a继续监视温度(步骤524)。
如果温度达到第一设定点的第二阈值(步骤526)，或者如果外部空气状况变得不利(步骤528)，则区域控制器410a切换回以通风模式操作，并且发送关闭气闸和/或关闭风机的通风信号，以阻止外部空气进入建筑物，直到污染物水平升得过高为止(步骤502)。
以这种方式，可以向经济模式提供可配置的设定点，该可配置的设定点与针对制冷或制热所选择的设定点不同。这允许在外部空气状况有利的情况下，经济模式在HVAC系统412d被激活之前取代通风模式。实施用于确定何时切换到经济模式的不同设定点可以显著地延迟时间，直至HVAC系统412d被激活。在一些情况下，实施不同的设定点可能会导致HVAC系统412d根本不会被激活。这可以为系统400的HVAC部分带来能效的显著提高。
本领域技术人员应当认识到，除非特定指出或者要求操作的顺序，否则上述过程中的某些步骤可以被省略、组合、同时或依次执行、或以不同的顺序执行。在本发明公开内容的范围内，以上不同示例性实施方式的过程和元件可以进行组合。
本领域技术人员应当认识到，为了简单和清楚起见，本文未描绘或描述适用于与本发明公开内容一起使用的所有数据处理系统的全部结构和操作。而仅仅描绘和描述了那些对于本发明公开内容是唯一的或者对理解本发明公开内容是必要的数据处理系统。数据处理系统100的剩余结构和操作可以符合本领域公知的各种现有实现和实践方式中的任何方式。
重要的是要注意，尽管本发明公开内容包括在全功能系统背景下的描述，但本领域技术人员应当理解的是，本发明公开内容的装置的至少一部分能够以指令的形式分布，该指令包含在具有任何各种形式的机器可用、计算机可用或计算机可读介质内，并且不管实际用于执行该分布的指令或信号承载介质或存储介质的特定类型如何，本发明的公开内容都同样适用。机器可用/可读或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性、硬编码类型介质(例如只读存储器(ROM)或电可擦可编程只读存储器(EEPROM))以及用户可记录类型介质(例如软盘、硬盘驱动器和紧致盘只读存储器(CD-ROM)或数字通用盘(DVD))。
尽管本发明公开内容已经描述了某些实施方式和总体上相关联的方法，但这些实施方式和方法的改变和置换对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，上述各种实施方式的示例并不限定或限制本发明的公开内容。在不背离由所附权利要求所限定的本发明公开内容的精神和范围的情况下，也可能有其他的改变、替换和更改方式。

Claims (20)

1.一种由建筑物区域的区域控制器执行的用于提高采暖、通风和空调(HVAC)系统的能效的方法，包括：
以通风模式操作；
监视所述区域的温度；
监视所述建筑物的外部空气状况；
基于所述区域的温度的第一设定点并且基于所述外部空气状况确定是否从所述通风模式切换到经济模式，其中，所述第一设定点是基于所述温度的第二设定点确定的，且所述第二设定点与所述第一设定点不同；以及
基于所述第二设定点确定是否激活所述HVAC系统。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过按照预定量修改所述第二设定点来确定所述第一设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述HVAC系统包括固定气闸HVAC系统，所述方法还包括基于由所述固定气闸HVAC系统允许进入的外部空气的百分比来确定所述第一设定点。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在以所述通风模式操作时，监视所述建筑物的至少一部分的污染物水平；以及
在以所述经济模式操作时，或者在以所述通风模式操作时所述污染物水平升高到预定阈值的情况下，允许外部空气进入所述建筑物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，允许外部空气进入所述建筑物包括：向气闸致动器发送通风信号，所述通风信号使所述气闸致动器打开所述HVAC系统上的气闸。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，允许外部空气进入所述建筑物包括：发送通风信号，所述通风信号打开至少一个风机。
7.一种用于建筑物区域的区域控制器，包括：
存储器，配置成存储子系统应用程序；以及
耦接至所述存储器的处理器，其中，所述处理器被配置成：基于所述子系统应用程序，(i)以通风模式和经济模式之一进行操作；(ii)监视所述区域的温度；(iii)监视所述建筑物的外部空气状况；(iv)基于所述区域的温度的第一设定点并且基于所述外部空气状况从所述通风模式切换到所述经济模式，其中，所述第一设定点是基于所述温度的第二设定点确定的，且所述第二设定点与所述第一设定点不同；以及(v)基于所述第二设定点激活采暖、通风和空调(HVAC)单元。
8.根据权利要求7所述的区域控制器，其中，所述处理器还被配置成通过按照预定量修改所述第二设定点来确定所述第一设定点。
9.根据权利要求7所述的区域控制器，其中，所述HVAC系统包括固定气闸HVAC系统，并且，所述处理器还被配置成基于由所述固定气闸HVAC系统允许进入的外部空气的百分比来确定所述第一设定点。
10.根据权利要求7所述的区域控制器，其中，所述处理器还被配置成：(i)在以所述通风模式操作时，监视所述建筑物的至少一部分的污染物水平；以及(ii)在以所述经济模式操作时，或者在以所述通风模式操作时所述污染物水平升高到预定阈值的情况下，允许外部空气进入所述建筑物。
11.根据权利要求10所述的区域控制器，其中，所述区域控制器耦接至通风装置控制器，所述通风装置控制器耦接至通风装置，所述处理器被配置成通过向所述通风装置控制器发送通风信号以允许外部空气进入所述建筑物，并且基于所述通风信号，所述通风装置控制器被配置成使所述通风装置将外部空气带入到所述建筑物中。
12.根据权利要求11所述的区域控制器，其中，所述通风装置控制器包括气闸致动器，所述通风装置包括HVAC系统上的气闸，并且所述通风信号使所述气闸致动器打开所述气闸。
13.根据权利要求10所述的区域控制器，其中，所述区域控制器耦接至通风装置，所述处理器被配置成通过向所述通风装置发送通风信号以允许外部空气进入所述建筑物，并且基于所述通风信号，所述通风装置被配置成将外部空气带入到所述建筑物中。
14.根据权利要求13所述的区域控制器，其中，所述通风装置包括多个风机，并且所述通风信号打开所述风机的至少子集。
15.一种编码有可执行指令的非暂态计算机可读介质，当所述可执行指令被执行时，使用于建筑物区域的区域控制器中的一个或多个数据处理系统：
以通风模式和经济模式之一进行操作；
监视所述区域的温度；
监视所述建筑物的外部空气状况；
基于所述区域的温度的第一设定点并且基于所述外部空气状况确定是否从所述通风模式切换到所述经济模式，其中，所述第一设定点是基于所述温度的第二设定点确定的，且所述第二设定点与所述第一设定点不同；以及
基于所述第二设定点来激活采暖、通风和空调(HVAC)系统。
16.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质还编码有如下可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使一个或多个数据处理系统通过按照预定量修改所述第二设定点来确定所述第一设定点。
17.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述HVAC系统包括固定气闸HVAC系统，并且所述计算机可读介质还编码有如下可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使一个或多个数据处理系统基于由所述固定气闸HVAC系统允许进入的外部空气的百分比来确定所述第一设定点。
18.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质还编码有如下可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使一个或多个数据处理系统：
在以所述通风模式操作时，监视所述建筑物的至少一部分的污染物水平；以及
在以所述经济模式操作时，或者在以所述通风模式操作时所述污染物水平升高到预定阈值的情况下，允许外部空气进入所述建筑物。
19.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质还编码有如下可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使一个或多个数据处理系统通过向气闸致动器发送通风信号以允许外部空气进入所述建筑物，所述通风信号使所述气闸致动器打开所述HVAC系统上的气闸。
20.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质还编码有如下可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使一个或多个数据处理系统通过发送通风信号以允许外部空气进入所述建筑物，所述通风信号打开至少一个风机。
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